Вселенная держала секрет 13 миллиардов лет: тёмная материя могла появиться в состоянии, которое считалось невозможным
Представления о природе тёмной материи могут оказаться гораздо сложнее, чем считалось десятилетиями. Физики показали, что ключевой компонент Вселенной вовсе не обязан был быть "холодным" с самого начала своего существования. Новая работа предлагает иной сценарий формирования космических структур. Об этом сообщается в научной публикации исследовательских групп Миннесотского университета и Университета Париж-Сакле.
Почему тёмную материю считали холодной
Более сорока лет в космологии доминировала идея так называемого "вымораживания" тёмной материи. Считалось, что после отделения от горячей первичной плазмы она должна была сразу двигаться медленно. Именно низкие скорости частиц объясняли, почему вещество не "размазывалось" по пространству и позволяло формироваться галактикам и крупным космическим структурам.
По этой причине быстрые частицы, включая нейтрино, долгое время исключались из списка возможных кандидатов.
"Простейший кандидат на роль темной материи — легкий нейтрино — был исключен более 40 лет назад, поскольку он уничтожил бы структуры галактического масштаба вместо того, чтобы их породить", — объясняет профессор Школы физики и астрономии Миннесотского университета Кит Олив.
Роль раннего разогрева Вселенной
Чтобы проверить это допущение, учёные сосредоточились на постинфляционном разогреве — периоде, когда Вселенная после инфляции стремительно наполнялась частицами. Эта фаза долго оставалась слабо изученной, хотя именно в ней могли закладываться ключевые свойства тёмной материи.
Моделирование показало, что частицы тёмной материи могли отделиться от остального вещества в состоянии экстремальной теплоты. По мере расширения пространства они успевали замедлиться ещё до начала формирования галактик, не нарушая космическую структуру. Подобные идеи дополняют современные подходы к поиску тёмной материи, включая земные методы её обнаружения.
"Мы практически ничего не знаем о свойствах темной материи. Наши результаты показывают, что она может быть раскаленной при рождении и все равно успеть остыть", — говорит аспирант и ведущий автор исследования Стивен Хенрих.
Что это меняет для космологии
Если тёмная материя действительно могла быть горячей в момент рождения, круг возможных частиц-кандидатов существенно расширяется. Это влияет на интерпретацию данных о распределении вещества и эволюции Вселенной на протяжении миллиардов лет.
Авторы работы рассчитывают подтвердить выводы с помощью коллайдерных экспериментов, исследований рассеяния частиц и астрономических наблюдений. Такие подходы могут помочь заглянуть в эпохи, близкие к Большому взрыву, о которых сегодня известно крайне мало, как и о других ранних процессах формирования космоса, включая аккрецию древнего газа в галактики.
